杜漢卿，劉占途，張文華，霍印峰

（1.中國冶金地質(zhì)總局地球物理勘查院，河北 保定 071051；2.中鋼集團(tuán)天津地質(zhì)研究院，天津 300181）

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

蘇丹的佛地宛（Fodikwan）鐵礦床產(chǎn)于紅海州的紅海山脈（北緯21°44’33”；東經(jīng)36°42’42”），礦區(qū)位于國際港口蘇丹港以北，穆罕默德高勒港以西50 km處。

礦區(qū)所處大地構(gòu)造位置為撒哈拉地臺的阿拉伯－努比亞地盾。區(qū)域主要出露元古宇基底巖系，由下而上分別為［1］：①中、古元古界Kashebib群：主要為花崗片麻巖、角閃巖、石英巖和混合巖；②新元古界Hafirdeib群：主要為一套變質(zhì)巖和變質(zhì)中酸性火山巖構(gòu)成；③新元古界Awat群：主要巖性為礫巖、粗砂巖、泥巖、流紋巖、英安巖和安山巖。區(qū)域的火成巖均為新元古代形成，有較早的巖基狀花崗巖、以輝長巖為主的中基性侵入巖、較晚的巖株?duì)罨◢弾r；與火山活動同期的次火山巖亦很發(fā)育（圖1）。

佛地宛鐵礦區(qū)出露巖石以新元古代火山巖為主，分布在礦區(qū)的中部靠近鐵礦體的部位，主要巖性為安山巖，安山玢巖；有些部位的火山巖呈侵入產(chǎn)狀，或沿?cái)嗔?、裂隙穿插于地層及花崗巖中，推測為火山構(gòu)造中的侵出體，或?yàn)榇位鹕綆r體。火山巖的周圍為元古代花崗巖體占據(jù)，主要巖石類型為斑狀花崗巖、黑云母花崗巖、鉀長花崗巖。

礦區(qū)內(nèi)不同方向的斷裂十分發(fā)育，控礦的斷裂為NE向斷裂，走向40°～60°，傾向SE，地表出露約800 m，鐵礦體產(chǎn)于該組斷裂之中；成礦后有一組斷裂切錯鐵礦體，走向310°，向SW傾，傾角較小，近于水平，鐵礦體被切錯，西盤向北平移，斷距近100 m，推斷該斷裂為右行逆掩性質(zhì)。

佛地宛鐵礦床共由3個(gè)鐵礦體構(gòu)成。礦體主要產(chǎn)于安山巖－次安山巖中的斷裂構(gòu)造及裂隙中，嚴(yán)格受斷裂的控制。地表出露的鐵礦體呈脈狀，走向25°，傾向SE，傾角30°～50°。鐵礦石的品位變化較大，不穩(wěn)定，礦石w（TFe）最高64.93％，最低43.84％，平均55.29％；赤鐵礦石的品位較高，而磁鐵礦石的品位較低。礦石中w（S）＝0.026％～0.047％，w（P）＝0.17％～1.98％；w（TiO2）＝0.72％～2.67％。

礦石為中粗粒狀結(jié)構(gòu)，以致密塊狀構(gòu)造為主。礦石的礦物成分簡單，以赤鐵礦、磁鐵礦為主，磁性不均勻；其次為褐鐵礦，脈石礦物較少。

圖1 蘇丹佛地宛秩礦區(qū)域地質(zhì)略圖Fig.1 Regional geological map of Fodikwan iron deposit in Sudan

礦床圍巖蝕變的類型有青磐巖化、綠泥石化、綠簾石化、鈉長石化、高嶺土化、碳酸鹽化、硅化等。蝕變的分帶特征不很明顯，在空間上與鐵礦化具有著較密切的聯(lián)系，是成礦過程中的產(chǎn)物。由礦床地質(zhì)特征判斷，佛地宛鐵礦床屬與元古代火山作用有關(guān)的火山－次火山熱液裂隙充填型鐵礦床。

2 礦區(qū)巖（礦）石的物性特征

礦區(qū)巖、礦石物性參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果（表1）說明：該區(qū)除磁鐵礦礦石具有高磁特征外，其他巖（礦）石多為中低磁背景。由于礦區(qū)赤鐵礦－假象赤鐵礦與磁鐵礦的混染比較嚴(yán)重，導(dǎo)致礦石的磁性非常不均勻，在赤鐵礦－假象赤鐵礦含量高的部位往往顯示為無磁性或者是弱磁性。

根據(jù)磁化率實(shí)測結(jié)果（表1）顯示，工作區(qū)內(nèi)不含磁鐵礦的巖（礦）石的磁化率很低，磁場上一般沒有異常反映；含磁鐵礦的巖石磁性強(qiáng)，往往形成寬度不大的窄、陡異常。

宏觀上，全區(qū)的地磁異常主要集中在鐵礦出露的部位，正負(fù)背景場同時(shí)出現(xiàn)，異常展布方向多呈NE-SW向。

3 工作方法

在佛地宛鐵礦區(qū)內(nèi)建立5個(gè)永久性的測量控制點(diǎn)，以此為基礎(chǔ)實(shí)施1∶5 000比例尺的磁法測量布網(wǎng)，同時(shí)開展了工區(qū)地形測量，獲得了工區(qū)的三維地形圖。

佛地宛鐵礦區(qū)鐵礦體與圍巖的磁性差異較為明顯，磁法測量能夠清晰地區(qū)分礦體與圍巖。佛地宛鐵礦區(qū)為1 km ×4 km的長方形區(qū)域，根據(jù)礦區(qū)鐵礦露頭走向NE的特點(diǎn)，布置測線的方向?yàn)镹W向。共布測線81條，每條測線長度1 km，磁法勘測點(diǎn)共計(jì)4 131個(gè)點(diǎn)。磁法測量的網(wǎng)度為50 m×20 m，使用的儀器為GSM-19磁力儀。

表1 礦區(qū)巖（礦）石磁化率測定統(tǒng)計(jì)Table 1 Susceptibility parameter statistics of rock and ore of Fodikwan iron deposit

GSM-19磁力儀的主要性能指標(biāo)：

靈敏度：0.1 n T；

分辨率：0.01 n T；

絕對精度：1 n T；

量程：20 000～120 000 n T；

梯度容限：＞7 000 n T/m；

采樣率：3～60 s/次。

對磁測數(shù)據(jù)進(jìn)行了日變改正、正常場改正和高度改正。日變改正采用GSM-19磁力儀所配制的校準(zhǔn)程序進(jìn)行；正常場改正和高度改正由中國地質(zhì)大學(xué)磁法勘探軟件系統(tǒng)（MAGS 2.0）自動完成。

對磁測數(shù)據(jù)反演時(shí)采用的參數(shù)主要是礦體的磁化強(qiáng)度、礦體的幾何參數(shù)。采用人機(jī)交互反演方法。目前在高精磁測應(yīng)用方面比較成熟的定量方法是位場的二度半解譯，它主要采用二度半體逼近三度體的校正迭代反演技術(shù)與實(shí)時(shí)正演擬合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高精磁測人機(jī)聯(lián)作解譯。

4 磁異常特征及解釋推斷

4.1 磁法ΔT平面特征

在低緯度地區(qū)，觀測得到的磁場形態(tài)遠(yuǎn)比在中、高緯度地區(qū)相同地質(zhì)條件下復(fù)雜得多，具體表現(xiàn)為磁異常遠(yuǎn)比地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，負(fù)異常明顯，伴生異常增多；而中、高緯度地區(qū)的異常分布形態(tài)與地質(zhì)構(gòu)造的對應(yīng)關(guān)系較為明顯［2］。佛地宛鐵礦區(qū)正負(fù)異常相伴而生，負(fù)異常明顯，如表2。

工區(qū)的負(fù)異常特征明顯，這是因?yàn)樵谝运酱呕癁橹鞯臈l件下，磁性體產(chǎn)生的ΔT異常主要由水平分量構(gòu)成［3］。在解譯前，對ΔT異常做了化極和向上延拓處理。繪制出工區(qū)的地面高精度磁測ΔT等值線平面圖（圖2）和平面－剖面圖（圖3）。

從圖2，圖3可以看出，ΔT磁異常總體呈NESW向延展，磁異常的長軸方向與鐵礦體的走向基本一致。在該區(qū)有3個(gè)很明顯的正異常高值集中區(qū)，圍繞著正異常高值區(qū)的周圍有很明顯的負(fù)異常高值集中區(qū)。結(jié)合野外地質(zhì)特征，3個(gè)明顯異常區(qū)中的2個(gè)高值集中區(qū)（包括正、負(fù)）與地表鐵礦體的分布相當(dāng)吻合（正負(fù)異常高值集中在長1 000 m的區(qū)域內(nèi)），異?？傮w長度約2 000 m，寬度500 m左右，走向?yàn)镹E向，初步推斷為鐵礦體引起，磁場的ΔT正值的最大值為16 564.2 n T，負(fù)值的最大值為－7 298.73 n T。

表2 佛地宛鐵礦部分測點(diǎn)磁ΔT值統(tǒng)計(jì)表Table 2 Statistics ofΔT value at some points surveyed

隨后在3個(gè)異常區(qū)布置了3條精測剖面，剖面線垂直于異常走向方向布設(shè)，有效磁化強(qiáng)度方向向上。實(shí)測ΔT值經(jīng)化極處理并進(jìn)行2.5維人機(jī)交互反演（圖4）。

通過反演推斷，認(rèn)為鐵礦體的傾角較陡，規(guī)模較小，向深部延伸有限，磁性體最大延深為距地表200 m左右，由地表向下磁性體局部為板狀體，有些地段則呈長寬相近的形態(tài)產(chǎn)出，在礦體的延展方向上，磁性體的產(chǎn)狀也會發(fā)生改變，正如圖4的反演剖面顯示，磁性體既有向NW傾（300°）的，也有朝SE傾（120°）者，這與火山熱液鐵礦床的特點(diǎn)相符。

4.2 磁化率三維反演及模型

圖2 佛地宛鐵礦區(qū)磁法平面等值線圖Fig.2 Plane isoline map of magnetic anomaly at Fodikwan iron deposit

圖3 佛地宛鐵礦區(qū)磁法平面－剖面圖Fig.3 Magnetic anomaly profile on plane of Fodikwan iron deposit

圖4 2.5維反演剖面Fig.4 2.5-demension inversion profile藍(lán)線：實(shí)測曲線 紅線：正演曲線 綠線：擬合曲線

磁化率三維成像技術(shù)以大量的不同磁化率的網(wǎng)格剖分單元的組合來模擬地下復(fù)雜的磁性體，每個(gè)網(wǎng)格單元與磁異常數(shù)據(jù)之間為線性關(guān)系。從刻畫地下復(fù)雜磁性體的靈活性和對觀測數(shù)據(jù)的擬合能力來說，磁化率三維成像技術(shù)相比于傳統(tǒng)磁測數(shù)據(jù)解譯手段具有非常大的優(yōu)勢［4］。為使磁測數(shù)據(jù)的解譯結(jié)果能夠刻畫復(fù)雜的磁性體，利用高精度磁測實(shí)測數(shù)據(jù)，運(yùn)用磁化率三維成像技術(shù)反演磁測數(shù)據(jù)，建立鐵礦體的三維空間模擬圖像。通過三維建模，可以更好地研究礦體的空間形態(tài)特征，更好對礦體向深部的延伸方向及三維空間形態(tài)做出合理的判斷。

圖5 反演磁化率三維模型平面圖Fig.5 3-demension model for the inversed susceptibility plan

圖6 佛地宛鐵礦磁化率三維反演模型多角度效果圖Fig.6 Muti-angle view of 3-demension model for the inversed susceptibility of Fodikwan iron deposit

圖5為經(jīng)過反演計(jì)算得到的佛地宛鐵礦磁化率三維模型平面圖。通過與ΔT平面圖相對比，取0.08（模型計(jì)算系數(shù)）作為異常下限，在最大程度上與地表磁性異常相吻合。三維圖像顯示，鐵礦體在地表以下有近乎垂直的延伸，但是總體面積不大。

從三維反演模型多角度效果圖（圖6）可以直觀地看到，磁性體在深部總體呈垂直向下延伸的狀態(tài)，沒有明顯的傾斜方向，但是顯示出向30°方向側(cè)伏的趨勢。由此推斷，磁性體是沿主斷裂貫入的，鐵礦的形成與斷裂構(gòu)造關(guān)系密切。

反演成像結(jié)果與已知的地質(zhì)信息吻合得很好，且給出了深部礦體的空間分布信息，說明反演解譯取得了較好的效果。由此可見，基于地質(zhì)基礎(chǔ)的高精磁測2.5維人機(jī)交互反演方法和磁化率三維成像技術(shù)聯(lián)合解譯深部地質(zhì)體的方法能夠有效地集成近地表地質(zhì)實(shí)測信息和高精磁測異常信息，從而可以對礦帶或礦集區(qū)范圍內(nèi)三維地質(zhì)體建模，這彌補(bǔ)了以往僅依靠一系列規(guī)則、連續(xù)性強(qiáng)的鉆孔或剖面數(shù)據(jù)推測地質(zhì)體方法的不足，對于深部找礦、靶區(qū)圈定和定量資源評價(jià)等工作具有較現(xiàn)實(shí)的意義［5］。

5 結(jié)語

通過2.5維人機(jī)交互反演和磁化率三維反演模型兩種方法，聯(lián)合解譯佛地宛鐵礦區(qū)鐵礦體地表及其深部礦體特征，通過反演結(jié)果顯示出礦體的賦存狀態(tài)、規(guī)模大小和延伸深度。鉆孔最終驗(yàn)證的結(jié)果與其解譯的結(jié)果相吻合。這表明，兩種方法聯(lián)合應(yīng)用于蘇丹佛地宛鐵礦實(shí)測數(shù)據(jù)的解釋獲得了很好的效果。

［1］ Geological map of the Sudan（1∶2 000 000）［M］.Khartoum：Geological ＆Mineral Resources Departement of Sudan，1981.

［2］ 姚長利，管志寧，高德章，等.低緯度磁異常化極方法——壓制因子法［J］.地球物理學(xué)報(bào)，2003，46（5）：690-696.

［3］ 趙百民，郝天珧，徐亞.低緯度磁異常的轉(zhuǎn)換與處理［J］.地球物理學(xué)進(jìn)展，2009，24（1）：124-130.

［4］ 楊波.三維光滑磁化率成像反演及在大冶鐵礦的應(yīng)用［J］.地球物理學(xué)進(jìn)展，2010，25（4）：1433-1441.

［5］ 王功文，張壽庭，燕長海，等.基于地質(zhì)與重磁數(shù)據(jù)集成的欒川鉬多金屬礦區(qū)三維地質(zhì)建模［J］.地球科學(xué)——中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，36（2）：360-366.